ОТ ЭЛЕМЕНТОВ АРИСТОТЕЛЯ И АТОМОВ ДЕМОКРИТА
ДО ПЕРИОДИЧЕСКОГО ЗАКОНА МЕНДЕЛЕЕВА
Жизнь замечательных идей
Оглавление
Имя России
Античность
Алхимики
Новое время
Атомистика в действии
Периодический закон
Кое-что о Менделееве
ИМЯ РОССИИ
В 2008 году телевизионный канал «Россия» запустил проект «Имя России». В числе приглашённых был и бессменный ведущий программы «Очевидное — невероятно» Сергей Петрович Капица. Кто-то продвигал Петра I, кто-то — Екатерину II, и дальше по списку: Суворов, Александр Невский, Александр II, Ленин (его, конечно же, Зюганов, положение обязывает), Сталин, Столыпин (его, кажется, Никита Михалков). А Сергею Петровичу предложили Ломоносова, но он выбрал Менделеева — и довёл его в рейтинге телезрителей до третьего места.
Дмитрий Иванович был разносторонним человеком. Он занимался наукой, промышленностью, сельским хозяйством, экономикой, подготовил Россию к переходу на метрическую систему мер и весов, изобрёл бездымный порох, искал мировой эфир, думал о будущем России и летал на воздушном шаре во время солнечного затмения 1887 года, а на досуге клеил чемоданы и очень гордился, когда однажды услышал о себе: «Да это же известный чемоданных дел мастер господин Менделеев!»
Он второй в ряду великих русских натурфилософов. В науке он брался за глобальные проблемы и при всём разнообразии научных пристрастий и направлений, в которых он работал, он всю жизнь по существу занимался одним и тем же: познанием природы вещей. На чём всё держится и из чего всё состоит? Подобными вопросами задавались ещё греки.
АНТИЧНОСТЬ
При словах «Периодический закон» в памяти всплывают слова «атом» и «элемент», две стороны одного и того же: то, что для физиков атом, для химиков — элемент. Однако эти два понятия долгое время существовали и развивались независимо, а сошлись в одном понятии только в XVII веке.
Слово «элемент» — римского происхождения, довольно позднего, I век до н. э.; греки говорили «стохейа». Означало оно «стихия», что звучит почти так же, или «начало». Слово «атом» — греческого происхождения, оно появилось в V веке до н. э., в учении первых атомистов.
С лёгкой руки популяризаторов науки и авторов учебников считается, что атомистика родилась из наблюдений за песчинками, которые уносит ветер, или за пылинками, мельтешащими в луче света. На самом деле она появилась как решение проблем, с которыми столкнулась греческая философия на заре своего развития.
Греки довольно рано пришли к двум фундаментальным идеям; одну они унаследовали от своих предшественников — это представление о том, что за возникающими и исчезающими вещами стоит вечная первоматерия, которая предстаёт перед нами в различных обличьях, а вторая укрепила их скептическое отношение к чувственному познанию — таковое было признано недостоверным, и путь к истине, считали греки, лежит только через рациональное мышление; вот почему они не ставили эксперименты, ограничиваясь размышлениями и умозрением, а вовсе не из презрения к физическому труду, хотя они его, видимо, презирали.
Радикальную позицию в этом вопросе занимал Парменид. Мы видим, что мир множественен, что всё меняется, говорил он, а на самом деле мир един и неподвижен, а то, что мы видим, не более чем иллюзия. Тому же он учил и своих учеников.
Читаем у Пушкина:
Движенья нет, сказал мудрец брадатый.
Другой смолчал и стал пред ним ходить —
Сильнее он не мог бы возразить.
Хвалили все ответ замысловатый...
Этот случай описан в исторической литературе, Пушкин взял его оттуда, но он ничего не говорит о том, что произошло после. А после брадатый мудрец отходил ученика палкой, ибо недостойно философа аргументировать, обращаясь к свидетельству чувств.
По одной из версий, одним из учеников Парменида был некто Левкипп. Может быть, как раз тем самым, что «стал пред ним ходить». А по другой версии Левкипп был учеником Зенона, но и в том, и в другом случае учение Парменида ему не нравилось. Как, впрочем, и многим.
Спасая Парменида от критики, его ученик Зенон придумал несколько парадоксов (что-то около сорока, из них до нас дошло девять), в которых доказывал, что представление о бесконечной делимости пространства и времени внутренне противоречиво. В историю его парадоксы вошли как апории Зенона. Самая известная из них приводит к парадоксальному выводу, что Ахилл никогда не догонит черепаху.
Левкипп решил эту проблему: он поступил с доводами Зенона так же, как Гордий поступил с гордиевым узлом — разрубил их одним ударом: раз деление до бесконечности приводит к противоречию, то значит, должен быть предел деления — иными словами, он объявил, что пространство и время дискретны, а потом распространил принцип дискретности и на вещество.
Так родилось учение об атомах. Оно ассоциируется у нас в основном с именем не Левкиппа, а его ученика Демокрита. Этим мы обязаны позднейшему атомисту Эпикуру — последователю, оказавшемуся неблагодарным к своим предшественникам: над Демокритом он насмехался, называя его Пустокритом (по-гречески это звучало несколько иначе), а Левкиппа и вовсе объявил несуществующим философом, так что на какое-то время Левкиппа даже вычеркнули из истории философии.
Демокрит говорил: всё есть атомы и пустота, а прочее — мнение; атомы обладают формой и величиной (Эпикур добавил: и весом), они не имеют ни вкуса, ни цвета, ни запаха — всё это рожается в наших ощущениях (совершенно в духе философов XVII века Локка и Гоббса, с их учением о первичных и вторичных качествах).
По сути дела, атом был всё тем же бытием Парменида: вечным, неизменным и неделимым, но теперь это бытие было множественно, и при этом возникала пустота, чего не могло быть у Парменида, который говорил, что бытие есть, а небытия нет.
Учение об атомах воспринял и использовал в своей философии также Платон, а Лукреций написал поэму «О природе вещей», первое научно-популярное сочинение, по которому философы и учёные Нового времени знакомились с атомистикой древних.
Однако атомистика, столь близкая нам по духу, не стала брэндом античной философии, а с окончанием античности и вовсе была забыта; в умах возобладало представление о том, что мир многообразен, но един, и в основе всего сущего лежит некая праматерия, или первоматерия (она же первоначало, первоэлемент, архэ).
Фалес Милетский — его называют первым греческим философом (и его же неизменно включают число семи мудрецов древности) — сравнивал первоматерию с водой. Как вода может превратиться в лёд, а может испариться и смешаться с воздухом, так и праматерия может являться нам и в самых разнообразных формах и видах.
Его ученик Анаксимандр не сравнивал первоматерию ни с чем, потому что считал, что она ни на что не похожа из того, что мы знаем по опыту, но она принимает всевозможные обличья, и из неё состоит всё, что мы видим вокруг. Но дал ей название — апейрон.
Анаксимен, ученик Анаксимандра, философский внук Фалеса, первоэлементом назвал воздух: при расширении он превращается в огонь, а при сжатии — во всё остальное.
Гераклит Эфесский, учение которого разобрали на пословицы: всё течёт, всё изменяется, и в одну реку нельзя войти дважды — в основу всего сущего, однако, положил не воду, а огонь, — самое подвижное и изменчивое из того, что мы знаем.
Ксенофан, живший раньше него, философ и поэт, говорил, что начало всему сущему — земля и вода, и он был, похоже, первый плюралист в вопросе о природе вещей.
Эмпедокл свёл всё перечисленное в единую картину: земля, вода, воздух и огонь (при желании в этих началах можно увидеть четыре состояния вещества, наблюдаемые в земных условиях: твёрдые тела, жидкости, газы и плазма).
Аристотель добавил к земным началам небесный эфир, который не участвует в земных превращениях, управляет движением небесных светил и подчиняется своим законам, отличным от земных.
После Аристотеля, который сказал, кажется, всё о природе вещей, философы потеряли интерес к натурфилософии и сосредоточились на этике, а натурфилософия постепенно ветшала и приходила в упадок. В V веке византийский император Юстиниан разогнал последнюю философскую школу, и на этом закончилась и античная философия, и сама античность.
АЛХИМИКИ
Идею непрерывного превращения веществ подхватили алхимики Средневековья. Они не были философами, скорее это были люди с магическим складом ума и склонностью к мистицизму, однако с деловой жилкой — они искали способ получения золота из неблагородных металлов, и желательно в особо крупных размерах.
На эти поиски ушло несколько столетий, и хотя они не увенчались успехом, усилия алхимиков не пропали даром. В теоретическую схему Аристотеля они внесли ртуть, серу и соль, из осторожности назвав их не элементами, а принципами; это были не конкретные вещества, а «философские» ртуть, сера и соль, символизировавшие летучесть, горючесть и огепостоянство. Поскольку и с принципами ничего не получалось, алхимики пришли к выводу, что для окончательного превращения необходима ещё одна сущность, которую они назвали философским камнем. Замечательная особенность этой сущности заключалась в том, что она лишь способствовала окончательному превращению в золото, но сама в эту трансмутацию не вступаа — по сути, алхимики пришли к идее химического катализатора.
В ходе поисков философского камня алхимики много чего открыли, но вместо того, чтобы обмениваться добытыми знаниями, они прятали их друг от друга. Главная же заслуга алхимиков в том, что своими бесплодными поисками рано или поздно должны были они убедили в конце концов, что сама исходная идея неверна.
Врач Гогенгейм, живший в первой половине XVI века и более известный как Парацельс, призвал коллег-алхимиков оставить поиски философского камня и направить свои усилия на изготовление лекарств. Это направление получило название иатрохимии и просуществовало вплоть до Роберта Бойля; методы её оставались прежними, и даже исходная идея долгое время сомнению не подвергалась — достаточно сказать, что алхимией занимался Ньютон; однажды он даже записал в журнале журнале: «Вонь страшная. По-видимому, я близок к цели».
НОВОЕ ВРЕМЯ
XVII век начался с опровержений Аристотеля. Первые робкие попытки были предприняты веком раньше: Коперник поменял Землю и Солнце местами, оговорив при этом, правда, что это всего лишь математическая схема удобная для расчётов движения светил, и она не противоречит Священному Писанию, а Николай Кузанский прямо уже прямо говорил, что законы природы одинаковы для земли и неба, и Земля — это благородная звезда, обладающая особым светом, теплом и влиянием (под которым он, по-видимому, понимал земное притяжение).
Итак, XVII век: Галилей открывает истинный закон падения тел, Торричелли открывает пустоту, которую отрицал Аристотель, Пьер Гассенди возрождает учение об атомах, а Роберт Бойль, один из реформаторов естествознания, сближает понятия «атом» и «элемент». Рождение академий, переход к коллективному познанию, отрицание авторитетов (девиз Горация «Ничего со с лов») и торжество эксперимента над спекулятивными рассуждениями.
Впрочем, не всё было так однозначно. Как пишет Марио Льоцци в своей «Истории физики», научное сообщество в XVII веки делилось на перипатетиков, картезианцев и экспериментаторов; Декарт, например, стоявший ещё одной ногой в Аристотеле, экспериментам предпочитал мысленные опыты (и то же самое можно сказать о Галилее); оттолкнувшись от соображения, показавшегося ему очевидным, Декарт дедуктивно пришёл к выводу, что свеча в замкнутом объёме будет гореть сколь угодно долго — а экспериментатор Отто фон Герике без труда опроверг это на опыте.
Экспериментатором был и Роберт Бойль. Он был аристократ по рождению, седьмой сын и четырнадцатый ребёнок в семье государственного секретаря Ирландии, поэтому отцовский титул унаследовал не он, а один из его старших братьев, а потом его племянник. Вот почему, говоря, что Бойль — отец химии, иногда многозначительно добавляют: «И дядя графа Коркского». Но и без титула Бойль был достаточно обеспеченным человеком, что позволяло ему заниматься наукой на собственные деньги, иметь хорошую лабораторию и множество ассистентов (одним из которых был начинающий естествоиспытатель Роберт Гук).
О Бойле говорят: он сделал для химии то, что Бэкон сделал для естествознания в целом. Он указал новые цели, а новые цели породили новые задачи. Надо было научиться избавляться от примесей и работать с чистыми веществами, отличать соединения от смесей, приучить себя пользоваться весами и термометром, а после того как (уже в начале XVIII века) была изобретена пневматическая ванна, у химиков наконец появилась возможность учитывать возникающие в ходе реакций «вещества-невидимки», которым ван Гельмонт дал название «газ», произведя это слово от греческого «хаос».
Бойль разработал методы химического анализа; до него главными и, кажется, единственными анализаторами были огонь и гипотетический универсальный растворитель, о котором толком никто не знал, что это такое. Бойль обратил внимание на то, что важно не только разлагать вещества, но изучать и обратный процесс синтеза.
Что касается элементов, которые он призвал изучать, то, в отличие от Иоахима Юнгиуса, своего предшественника, который признал золото, серебро, ртуть и серу настоящими элементами, Бойль от подобных признаний воздержался. Он даже позволил себе усомниться в том, что элементы в природе вообще существуют, это должен подтвердить опыт — в общем, как говорил Жюль Ренар, учёный — это человек, который в чём-то почти уверен...
В числе заслуг Бойля перед наукой были и чисто моральные. Он показал, в том числе, собственным примером, что химия достойна занятий ею не только ради получения золота и изготовления лекарств, но и ради неё самой. Намеченной им программы исследований химикам хватило лет на полтораста — считается, что её завершил Антуан Лавуазье.
АТОМИСТИКА В ДЕЙСТВИИ
Хотя античная атомистика, возрождённая в XVII веке, была принята без возражений и даже пользовалась популярностью, она долгое время оставалась философским украшением, красивой безделушкой, пока её, уже в XIX веке, не привёл в действие Джон Дальтон. К Дальтону мы перейдём чуть позже, а пока посмотрим, что учёные и философы Нового времени думали об атомах.
Представления об атомах, о том, как они выглядят, были различны и носили умозрительный характер — это были гипотезы, которые нельзя было ни подтвердить, ни опровергнуть опытным путём; впрочем, и в этих умозрениях был свой резон. До закона всемирного тяготения считалось, что силы сцепления атомов подобны силам, возникающим при смачивании и слипании, а так как эти силы носят контактный характер и зависят от площади соприкосновения, то особый интерес вызывали формы атомов; Бойль, например, допускал, что атомы одной и той же формы могут укладываться разными способами, сохраняя при этом прочность целого, и образовывать разные вещества; таким образом, он оставлял надежду алхимикам. И в самом деле, если бы золото имело своего бедного аллотропического родственника, широко представленного в природе, подобно тому как его имеет алмаз, можно было бы штамповать золотые слитки в промышленных масштабах, подобно тому как из графита делают алмазы.
После открытия закона всемирного тяготения контактные силы были отброшены, а вопрос о формах атомов отошёл на задний план, и в фокусе внимания оказались гипотетические дальнодействующие силы, которые на больших расстояниях подчиняются закону обратных квадратов, а на близких превращаются в силы отталкивания.
Никакого прогресса в течение всего XVIII века в атомистике не наблюдалось — она застыла на уровне предыдущего столетия, если только не считать оригинальной гипотезы Руджера Бошковича, предположившего, что атомы суть точечные центры сил, пронизывающих пространство — картина, нарисованная им, через много лет поразила воображение Майкла Фарадея и натолкнула его на мысль о силовых линиях магнитного поля (а идея точечности частиц была востребована физиками XX века).
Джон Дальтон, сын бедного ткача, не получивший из-за недостатка средств университетского образования, первым поставил вопрос об атомных весах. До него этот вопрос мало кто интересовал, а его предшественник мистер Хиггинс для простоты даже предположил, что все атомы, даже разных элементов, — одного веса.
Дальтон первым проделал путь восхождения от абстрактного к конкретному: исходя из самых общих положений атомистики, он открыл закон кратных отношений, а потом подтвердил его экспериментально — это был первый шаг к теоретической химии.
В 1803 году Дальтон составил и обнародовал первую таблицу атомных весов, в которой всё, за исключением атомного веса водорода, принятого за единицу, оказалось потом неверным. Но идея получила развитие, и по мере того как открывались новые элементы (за полвека их число удвоилось), дополнялась и уточнялась таблица их атомных весов, при этом величины у разных авторов отличались друг от друга, и иногда сильно.
Дело в том, что в самой процедуре определения атомного веса на определённом этапе возникает неопределённость. Возьмём для примера 2 г водорода и 16 г кислорода — это гремучая смесь, которая после взрыва без остатка превращается в водяной пар.
А дальше — неопределённость.
Если принять, что в молекула воды — это (в современных обозначениях) HO, как это, из принципа простоты, принял Дальтон, то атомный вес кислорода — 8 водородных единиц, а если H2O, как сейчас, то атомный вес сразу удваивается. И хотя в 1808 году, всего 5 лет спустя после появления первой таблицы Дальтона, природа преподнесла исследователям роскошный подарок — подсказку, как сделать правильный выбор и не ошибиться, эта неопределённость оставалась ещё много лет, вплоть до открытия Периодического закона, на основании которого Дмитрий Иванович удвоил атомный вес урана и перенёс его из середины таблицы элементов в самый конец.
Итак, в 1808 году Гей-Люссак открыл закон объёмных отношений. В частности, он экспериментально установил тот факт, что объёмы водорода и кислорода, выделяющиеся при электролизе воды, относятся друг к другу как 2:1. Он пришёл к гениальной догадке: число частиц (пользуясь современной терминологией) в равных объёмах разных газах при одинаковых условиях, давлении и температуре, одинаково; эта догадка вошла в историю науки как гипотеза (а потом и закон) Авогадро.
Казалось бы, вопрос о составе молекулы воды решён. Но Дальтон отвергает гипотезу о равенстве числа частиц — она противоречит его представлению об атомах: твёрдые шарики, окутанные шубами из теплорода и находящиеся (даже в газах) вплотную друг к другу. Дальтон полагал, что атомы разных элементов различаются не только по весу, но и по объёму, который они занимают. Само по себе это, конечно, справедливо. Но у него не было ни малейшего представления о скоростях молекул в газах, и для него было бы большой неожиданностью узнать, что размерами атомов в газах по сравнению с расстояниями между ними можно пренебречь. У Дальтона это совсем не так, и если размеры у атомов разных элементов разные, и они друг к другу впритык, то и уложить их в один и тот же объём одним и тем же количеством нельзя.
Чтобы опровергнуть Гей-Люссака, Дальтон повторяет его опыт и получает вместе 2:1 отношение 1,9: 1. Жалкое опровержение! И Дальтон находит сильный довод — указывает на реакцию окисления азота с образованием оксида NO, которая в современных обозначениях выглядит так:
N + O = NO.
Объём газа после синтеза должен был бы уменьшиться вдвое, между тем как экспериментально установлено, что он практически не меняется.
И тут в игру вступил Авогадро. Приняв гипотезу Гей-Люссака, он предложил простое и изящное решение этой головоломки:
N2 + O2 = 2 NO.
Было две молекулы — и стало две молекулы; объём не меняется. Это и есть настоящая гипотеза Авогадро: атомы простых веществ, как соединений, могут объединяться в молекулы.
Но большинство химиков это решение отвергают. Уже открыт электролиз, новый мощный метод химического анализа, и многие склоняются к мысли, что природа химической связи заключается в электричестве. На этом фундаменте строится электростатическая теория Берцелиуса, согласно которой молекула химического соединения состоит из атомов с противоположными зарядами (понятия ион тогда ещё не существовало). А значит атомы одного и того же элемента, как одноименно заряженные, будут отталкиваться и образовать молекулу не могут.
Прошло немало лет, прежде чем химики вернулись к гипотезе о молекулах простого вещества; путь лежал через органическую химию, перед которой электростатическая теория вынуждена была сложить оружие: в органических соединениях водород сплошь и рядом проявлял себя как двойной агент, выступая то как положительный, то как отрицательный заряд, что никак в теорию Берцелиуса не укладывалось, а сам её автор от безысходности даже предположил, что в органических соединениях, возможно, действуют силы, свойственные только живым организмам.
Вот с таким багажом подошли химики к первому своему конгрессу, который состоялся летом 1860 года в Карлсруэ. К этому времени было уже известно около 60 элементов, и для большинства из них были правильно определены атомные веса. Путь к открытию Периодического закона был расчищен.
ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН
Менделеев говорил: «У меня есть предшественники, но нет соавторов». Первым его предшественником был немецкий химик Иоганн Дёберейнер, обративший в 1817 году внимание на то, что атомные веса некоторых близких по своим свойствам металлов образуют арифметическую прогрессию: атомный вес стронция с хорошим приближением равняется полусумме атомных весов кальция и бария; сгруппированные таким образом элементы он назвал триадами. 12 лет спустя им были обнародованы ещё две триады: Li, Na, K и S, Se, Te; однако дальнейший анализ показал, что простых закономерностей тут нет, и попытки найти что-то ещё были надолго прекращены.
В 1864 году Дж. Ньюлендс открыл правило октав: если расставить элементы в порядке возрастания атомного веса, восьмой элемент повторяет свойства первого; всего выходило 7 октав. В его таблице имелись недостатки: в ряде случаев два элемента занимали одну клетку (впрочем, та же история будет потом и у Менделеева с лантаноидами), а кроме того, в ней не было места для новых элементов. Систематика Ньюлендса впечатления не произвела. Профессор физики Дж. Фостер из Глазго пошутил: а по алфавиту не пробовали расставить? Может быть, там тоже какие-нибудь закономерности обнаружатся. К слову сказать, с прохладным приёмом коллег столкнулся через пять лет и Менделеев: выслушав его сообщение, знаменитый химик-органик Зинин сказал: «Дмитрий Иванович, займись делом». Было у Фостера и серьёзное замечание: он сказал, что не может согласиться с тем, что марганец и хром так далеки друг от друга, а железо так далеко от никеля и кобальта. На шутку старшего коллеги Ньюлендс совершенно серьёзно ответил, что пробовал располагать элементы также по удельному весу, но никаких закономерностей не обнаружил.
В том же 1864 году свою первую таблицу опубликовал немецкий химик Лотар Мейер, претендовавший впоследствии на соавторство в открытии Периодического закона. И в том же году была опубликован, без всяких комментариев, таблица Уильяма Одлинга. А двумя годами ранее месье Шанкуртуа объявил, что свойства элементов являются функцией чисел, и расположил элементы спиралью по поверхности цилиндра.
Первую таблицу, им самим же признанную удачной, Дмитрий Иванович составил, по его собственным воспоминаниям, 1 марта 1869 года. В ней уже чётко прослеживалась периодичность химических свойств, и это не было случайной находкой, на которую он натолкнулся, разложив удачно пасьянс из карточек с названиями элементов. В отличие от своих предшественников Менделеев за простой систематикой увидел закон природы — и продемонстрировал его предсказательную силу. Менделеев не просто оставил пустые клетки в первой же своей таблице, для трёх из них он подробно описал физические и химические свойства элементов, которые предстояло открыть. Лотар Мейер впоследствии признавался, что у него просто не хватило духу решиться на то, на что решился его русский коллега, но дело, как мы видим, не в силе духа, а в силе мысли, хотя и силы духа Менделееву было не занимать — так, рассказывая на склоне лет о том, как повздорил с начальством, узнав, что его по ошибке писаря отправляют учительствовать не в Одессу, а в Симферополь, Дмитрий Иванович заметил: «Я и сейчас не из смирных, а тогда и вовсе был кипяток».
Точность его предсказаний поразила современников, она поражает и сейчас. Для экаалюминия Менделеев указал даже метод, каким этот элемент будет открыт: спектральный анализ. И действительно, в 1875 году французский химик Лекок де Буабодран в спектре гипсовой обманки заметил неизвестную ранее линию; новый элемент был выделен, исследован и получил название галлий. Ознакомившись с результатами, Менделеев сделал замечание: плотность элемента сильно занижена и должна составлять примерно 6 г/см3. Это задело его французского коллегу, и всё-таки он измерил вторично и получил 5,9 г/см3.
Открытия двух других предсказанных элементов, скандия и германия, положило конец эпохе случайных открытий: поиск новых элементов принял осмысленный, целенаправленный и, я бы даже сказал, несколько рутинный характер.
Периодическому закону предстояло два испытания: лантаноиды, которые пришлось в конце концов упаковывать в одну клетку, и инертные газы, которые тоже не было понятно, куда деть; загадка лантаноидов была раскрыта в XX веке, после того как физики расшифровали генетический код таблицы Менделеева, а инертные газы потребовали расширения Периодической системы, что и было сделано, в полном соответствии с Периодическим законом: Уильям Рамзай, получивший в 1906 году Нобелевскую премию за открытие инертных газов, так и сказал: «Мы действовали по примеру учителя нашего Менделеева».
Говоря, что у него нет соавторов, Дмитрий Иванович имел в виду прежде всего Лотара Мейера. Он и в самом деле мог стать соавтором Периодического закона, ему не хватило малого. Его вариант таблицы, изданный в 1869 году, чуть позже менделеевской, во многом с ней совпадал, а в чём-то оказался потом даже точнее, и Мейер тоже ясно прослеживал периодические изменения свойств элементов по мере возрастания атомного веса, но пустых клеток в его таблице не было, и он ничего не сказал о ещё не открытых элементах. Позднее Майер говорил, что не решился делать столько далеко идущие предположения на основании столь скудных и не до конца проверенных фактов, как это сделал его русский коллега. Но скорее всего он просто не догадался. В этом и заключается разница между хорошим учёным и великим учёным.
Менделеев настолько был убеждён в Периодическом законе, что на одном только его основании выправил и уточнил уже известные атомные веса. Но главным его триумфом стала догадка о том, что атомный вес — это внешнее проявление чего-то другого, более фундаментального, вот почему он дважды нарушил основной принцип — возрастание атомного веса — и поставил более тяжёлый теллур перед йодом, а более тяжёлый кобальт перед никелем. И в этом, как мы теперь знаем, оказался абсолютно прав.
КОЕ-ЧТО О МЕНДЕЛЕЕВЕ
Великие люди часто становятся героями анекдотов и легенд, и Менделеев не исключение. И таблицу-то он во сне увидел, осталось только сесть и записать, и вкусную водку изобрёл, и, сидя в кустах под Парижем, посчитал проходящие цистерны с кислотой и раскрыл состав бездымного пороха, который держали в секрете французы, и на вступительных-то экзаменах в университет он провалился, да ещё — о ужас! — на экзамене по химии…
Самая трогательная легенда, конечно, — о вкусной и полезной водке. Менделеев действительно занимался спиртовыми растворами, в 1865 году он защитил докторскую диссертацию «Рассуждение о соединении спирта с водою». Но предметом его исследований были высокие и низкие концентрации. Он первым получил 100% спирт, что позволило англичанам, французам и немцам исправить спиртометрическую таблицу. А ещё он установил, что максимальная плотность спиртового раствора достигается, когда на одну молекулу спирта приходится 3 молекулы воды — из этого потом выросла его гидратная теория растворов.
Бездымный порох Менделеев действительно изобрёл, но без подсказки французов, и у него вышел лучше; потом этот рецепт запатентовали американцы, и в Первую мировую войну Россия закупало порох Менделеева у Соединённых Штатов...
Есть доля истины и в легенде о том, что первый вариант таблицы элементов он увидел во сне. Творческий процесс не линеен, в нём чередуются и сознательная работа мозга, и работа подсознания (интересные наблюдения на этот счёт можно найти в книге Жака Адамара «Исследование психологии процесса изобретения в области математики»). Менделеев и в самом деле сделал первый набросок после освежающего сна, но перед этим он долго и упорно работал, а если лечь с пустой головой, то так с пустой головой и проснёшься. На самом деле он шёл к Периодическому закону, можно сказать, со студенческих лет. В первой своей работе, выполненной в студенчестве, он исследовал изоморфизм, его магистерская диссертация посвящена удельным объёмам, а в Германии, куда его направили совершенствоваться в химии, он, вместо того чтобы мыть пробирки и смешивать вещества, изучал капиллярность, в надежде угадать характер молекулярных сил (и попутно открыл абсолютную температуру кипения).
А легенда об известном чемоданных дел мастере господине Менделееве, о котором знал Санкт-Петербург? Ну, известный — это, может быть, преувеличение, но чемоданы он делал, и услышав однажды о себе такую характеристику, остался доволен.
Но вот легенда о том, что он поступал в Санкт-Петербургский университет и провалился на экзамене по химии неверна в своей основе: по закону того времени он, уроженец Тобольска, имел право поступать лишь в Казанский университет, к которому Тобольск был приписан, да и вступительных по химии быть не могло, потому что химию в гимназии не преподавали.
У Менделеева был свой, особый язык. Его даже народным не назовёшь. Он говорил не кругло, не гладко, но образно и понятно. Он восхищался Пироговым: «Вот это был врач! Насквозь человека видел и сразу мою натуру понял». О народе: «Нет, мне прямо вольно с ним, с народом-то, и говорю-то свободнее, и меня понимает тут и ребёнок, мне весело с ними, к ним душа лежит». А вот что писал своей будущей невесте молодой Менделеев, путешествуя со своим другом Сеченовым по Европе:
«Народ, то есть сами блузники, рабочие Парижа, это для меня было новое племя, интересное во всех отношениях. Эти люди, заставлявшие дрожать королей и выгонявшие власть за властью, – поразительны: честны, читают много, изящны даже, поговорят обо всем, живут настоящим днем – это истинные люди жизни, понимаешь, что встрепенутся толпы таких людей, так хоть кому будет жутко. Это класс, совершенно отличный от буржуазии, от торгашей: те сладки, вертлявы – просто французики, каких мы знаем, плутишки, барышники, не те, которым принадлежит история Франции. Ну, на месяц этих интересов хватит вдоволь…»
Зато не вымысел, что Менделеев, будучи уже в возрасте, в одиночку совершил полёт на воздушном шаре — это случилось во время солнечного затмения 1887 года. Затмение продолжалось какие-то полторы минуты, и когда оно кончилось, а облака рассеялись, и воздушный шар высох, Дмитрий Иванович обнаружил, что летит на высоте 3,5 вёрст... Вот и река Дубна, шар летит над нашими просторами, вот озерцо Золотая вешка, в котором и сейчас хорошо ловится карась... Менделеев в корзине, внизу перед его взором проплывают поля, луга, леса, пашни… «Я совершенно ясно слышал не только мычание коров, ржание лошадей и удары топора, но слышал даже пение петухов, а когда начал опускаться, то на высоте 2 вёрст услышал и голоса людей; в одной деревне мне кричали: «Спущайся, свежая рыба есть!» Он приземлился в поле, его окружили крестьяне, потом пришёл урядник, оценил обстановку и сказал: «Ты не беспокойся, за пузырём приглядим... И за тобой тоже».
Александр Блок писал о своём тесте:
«Он давно всё знает, что бывает на свете. Во всё проник. Не скрывается от него ничего. Его знание самое полное. Оно происходит от гениальности, у простых людей такого не бывает... При нём вовсе не страшно, но всегда – неспокойно, это оттого, что он всё и давно знает, без рассказов, без намёков, даже не видя и не слыша. Это всепознание лежит на нём очень тяжело. Когда он вздыхает и охает, каждый раз вздыхает обо всём вместе; ничего отдельного или отрывочного у него нет — все неразделимо. То, что другие говорят, ему почти всегда скучно, потому что он всё знает лучше всех...»
Правда и то, что Дмитрий Иванович несколько лет посвятил поискам мирового эфира. До ньютония, как он назвал атом эфира, правда, добраться ему не удалось — это была, может быть, единственная вершина, которую он так и не покорил, но из каких-то соображений он всё-таки оценил массу атома эфира, и она по странному совпадению попадает в интервал, который теоретики отводят сейчас для массы нейтрино... Но это уже, как говорится, в записную книжку писателя-фантаста.
P. S. И последний сюжет — не из жизни Менделеева, как ещё один штрих к его портрету. Конец 80-х годов прошлого столетия, Владимир Бортко снимает «Собачье сердце», в роли профессора Преображенского утверждён Евгений Евстигнеев. Сейчас профессор выйдет из подъезда и встретит Шарика. Открывается дверь, вспоминает Бортко, и из подъезда выходит... Плейшнер! Стоп! Евгений Александрович, профессор так не ходит... Вы будете меня учить, как ходит профессор? У вас же Плейшнер! А кто должен быть? Бортко на секунду задумался... Менделеев! Дубль второй. Мотор! Дверь открывается, и из подъезда выходит — профессор Преображенский, каким мы его знаем теперь...
P. S. S. Хотя древняя идея о том, что в основе всего лежит некая праматерия, давно сдана в архив, её снова и снова проверяют на профпригодность. Философские идеи, которыми пронизана наука, утрачив свою производительность, не уходят бесследно; через какое-то время, века или тысячелетия, к ним возвращаются, и они предстают в новом виде. Пустота античных атомистов и мировой эфир Декарта-Аристотеля сошлись в квантовой теории поля и превратились в физический вакуум, спор приверженцев корпускулярной теории света Ньютона и сторонников волновой Гюйгенса закончился корпускулярно-волновым дуализмом де Бройля, античная стихия огня возродилась в XVII веке в флогистонной теории горения, а столь популярные сегодня «тёмная материя» и «скрытая энергия» очень напоминают тонкие материи и неуловимые флюиды XVI—XVIII веков. Не забыта и праматерии. В начале XIX века Уильям Праут предположил, что все атомы состоят из атомов водорода, а в начале XX века популярна была гипотеза об электромагнитном происхождении массы. Сейчас физики склонны считать, что у природы множественное начало: есть лептоны, кварки, и они не похожи друг на друга. Но кто знает, что они будут склонны считать, когда настанет завтра?